Ефективнa поверхня для SERS, отриманa нанесенням золота на кремнезем методом «зверху вниз»
Анотація
Актуальність. Нещодавно один з нас розробив метод приготування золотих наночастинок на поверхні кремнезему: в цьому випадку було застосовано метод «знизу доверху» (а саме, починаючи із прекурсору HAuCl4), використовуючи діоксид кремнію із високою питомою площею поверхні (Аеросил А300) як основу (при контрольованому pH) для покращення дисперсії золота. Отримані матеріали продемонстрували здатність підсилювати раманівські сигнали адсорбованих молекул піридину та біпіридину та/або поверхневих силанолів. Слідуючи цій ідеї, дана робота демонструє результати стосовно активності субстратів для підсиленої поверхнею раманівської спектроскопії (surface-enhanced Raman spectroscopy, SERS), підготовлених методом «зверху вниз» (з розпиленням золота), який дозволяє осаджувати наночастинки золота на поверхні наночастинок діоксиду кремнію. Молекули піридину були використані як зонди для оцінки SERS активності отриманих субстратів.
Мета роботи. Метою даної роботи є вивчення SERS активності виготовлених субстратів шляхом визначення межі виявлення молекул піридину, нанесених із розчинів (розчинник — бензол) зі зниженням концентрації піридину.
Матеріали і методи. Для приготування зразків використовували діоксид кремнію AOX50 (Evonik Industries, питома поверхня 50 м2/г) у формі пресованих дисків, золоту мішень та розпилювач K575X Turbo Sputter Coater (Quorum Technologies). Використані методи: УФ- та видима спектроскопія, HR-TEM мікроскопія, Раманівська спектроскопія.
Результати. Приготовані субстрати Au/AOX50 (номінальна товщина золота 10 нм) були охарактеризовані за допомогою УФ- та видимої спектроскопії та HR-TEM мікроскопії. Вони продемонстрували відносно складний профіль поглинання, що простягається до ближнього ІЧ діапазону. Субстрати складались із золотих наночастинок діаметром близько 2,0–3,5 нм. Використання для збудження лазеру на довжині хвилі 785 нм (обраної на основі даних УФ-видимої спектроскопії) для реєстрації Раман-спектрів дозволило спостерігати Раман-сигнали, характерні для піридину, при контакті Au/AOX50 субстратів з паровою фазою розчину піридину у бензолі і концентрацією піридину до 10-7 М, що складало межу його виявлення. Це дозволило приблизно оцінити фактор підсилення (ФП), що становить близько 108, у порівнянні з 12,4 М піридину, нанесеного на поверхню чистого AOX50.
Висновки. Метод «зверху вниз» дозволив приготувати ефективні SERS субстрати, що складаються із наночастинок золота, диспергованих на поверхні кремнезему AOX50. Межа виявлення піридину виявився 10-7 М (при нанесенні з пари його розчину у бензолі), та ФП SERS був оцінений приблизно в 108 (використовуючи як стандарт Раман-спектр 12,4 М піридину в контакті з поверхнею чистого AOX50).
Завантаження
Посилання
Albrecht MG, Creighton JA Anomalously intense Raman spectra of pyridine at a silver electrode. J. Am. Chem. Soc. 1977;99(15):5215–5217. https://doi.org/10.1021/ja00457a071
Creighton J.A., Cristopher GB, Albrecht MG. Plasma resonance enhancement of Raman scattering by pyridine adsorbed on silver or gold sol particles of size comparable to the excitation wavelength. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 2: Molecular and Chemical Physics 1979;75:790–798. https://doi.org/10.1039/F29797500790
Kneipp K, Kneipp H, Itzkan I, Dasari RR, Feld MS. Surface-enhanced Raman scattering and biophysics. J. Phys.: Condens. Matter 2002;14(18):R597–R624. http://stacks.iop.org/cm/14/R597
Kneipp J, Wittig B, Bohr H, Kneipp K. Surface-enhanced Raman scattering: a new optical probe in molecular biophysics and biomedicine. Theor. Chem. Acc. 2010;125(3-6):319–327. https://doi.org/10.1007/s00214-009-0665-2
Liu JJ, Jalali M, Mahshid S, Wachsmann-Hogiu S. Are plasmonic optical biosensors ready for use in point-of-need applications? Analyst 2020;145(2):364-384. https://doi.org/10.1039/C9AN02149C
Wang HX, Zhao YW, Li Z, Liu BS, Zhang D. Development and Application of Aptamer-Based Surface-Enhanced Raman Spectroscopy Sensors in Quantitative Analysis and Biotherapy. Sensors (Basel). 2019 Sep 3;19(17):3806. https://doi.org/10.3390/s19173806
Wang KD, Li SM, Petersen M, Wang S, Lu XN. Detection and Characterization of Antibiotic-Resistant Bacteria Using Surface-Enhanced Raman Spectroscopy. Nanomaterials 2018;8(10):762. https://doi.org/10.3390/nano8100762
Alyami A, Quinn AJ, Iacopino D. Flexible and transparent Surface Enhanced Raman Scattering (SERS)-Active Ag NPs/PDMS composites for in-situ detection of food contaminants. Talanta 2019;201:58–64. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2019.03.115
Restaino SM, White IM. A critical review of flexible and porous SERS sensors for analytical chemistry at the point-of-sample. Analytica Chimica Acta 2019;1060:17–29. https://doi.org/10.1016/j.aca.2018.11.057
Bell SEJ, Charron G, Cortes E, Kneipp J, de la Chapelle ML, Langer J, et al. Towards Reliable and Quantitative Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS): From Key Parameters to Good Analytical Practice. Angew. Chem.-Int. Ed. 2020;59(14):5454–5462. https://doi.org/10.1002/anie.201908154
Budnyk AP, Damin A, Agostini G, Zecchina A. Gold nanoparticle aggregates immobilized on high surface area silica substrate for efficient and clean SERS applications. J. Phys. Chem. C 2010;114(9):3857–3862. https://doi.org/10.1021/jp9112816
Pockrand I, Otto A. Coverage dependence of Raman scattering from pyridine adsorbed to silver/vacuum interfaces. SolidStateCommun. 1980;35(11):861–865. https://doi.org/10.1016/0038-1098(80)91040-6
Kline CH, Turkevich J. The vibrational spectrum of pyridine and the thermodynamic properties of pyridine vapors. J. Chem. Phys. 1944;12(7):300–309. https://doi.org/10.1063/1.1723943
Wu DY, Ren B, Jiang YX, Xu X, Tian ZQ. Density functional study and normal mode analysis of the bindings and vibrational frequency shifts of the pyridine-M (M = Cu, Ag, Au, Cu+, Ag+, Au+, and Pt) complexes. J. Phys. Chem. A 2002;106(39):9042–9052. https://doi.org/10.1021/jp025970i
Le Ru EC, Blackie E, Meyer M, Etchegoin PG. Surface Enhanced Raman Scattering Factors: A comprehensive study. J. Phys. Chem. C. 2007;111(37):13794–13803. https://doi.org/10.1021/jp0687908
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
